Size-trophic spectrum in soil food webs across ecto- and arbuscular mycorrhiza-dominated deciduous forests
Obwohl zwischen arbuskulär- und ektomykorrhiza-dominierten Wäldern eine unterschiedliche mikrobielle Ressourcennutzung besteht, weisen Boden-Nahrungsketten insgesamt ähnliche Energieflüsse und ein konsistentes Größen-Trophie-Spektrum auf, bei dem die Energieleitung aus spezifischen Ressourcen in distinkten Tiergrößenklassen gipfelt.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Unter dem Waldboden, verborgen vor dem Blick, liegt eine geschäftige Welt des Lebens, die die Gesundheit des gesamten Ökosystems vorantreibt. Diese unterirdische Gemeinschaft ist ein komplexes Netzwerk, in dem Energie von Pflanzen und Mikroben nach oben durch verschiedene Schichten von Konsumenten fließt, von mikroskopisch kleinen Würmern bis hin zu größeren Insekten und Regenwürmern. Wissenschaftler wissen schon lange, dass die Art der über der Erde wachsenden Bäume den Boden darunter beeinflusst. Einige Bäume gehen Partnerschaften mit einer Art von Pilz ein, während andere mit einer anderen Art kooperieren, und diese Partnerschaften verändern, wie Nährstoffe kreislaufen und wie schnell abgestorbene Blätter abgebaut werden. Eine natürliche Frage stellt sich: Erschaffen diese unterschiedlichen unterirdischen Fundamente völlig verschiedene Nahrungsnetze, oder finden die dort lebenden Tiere einen Weg, sich unabhängig von den Bäumen darüber in einem ähnlichen Muster zu organisieren? Das Verständnis dessen hilft uns zu begreifen, wie Wälder funktionieren und wie sie auf Veränderungen in der Umwelt reagieren könnten.
Um dies zu beantworten, reisten Forscher zu vierundzwanzig gepaarten Waldstandorten in Dänemark und Deutschland und verglichen Wälder, die von Bäumen dominiert wurden, die mit arbuskulären Mykorrhizapilzen kooperieren, mit solchen, die von Bäumen dominiert wurden, die mit Ektomykorrhizapilzen kooperieren. Sie haben nicht nur die Tiere gezählt; sie maßen auch, wie viel Energie jede Gruppe konsumierte, und verfolgten genau, woher diese Energie stammte. Durch die Analyse der chemischen Signaturen von Aminosäuren in den Körpern der Bodenkreaturen konnte das Team unterscheiden, ob ein Tier Pflanzenmaterial, Bakterien, Pilze oder andere Tiere fraß. Sie kombinierten diese Ernährungsdaten mit Messungen darüber, wie viele Tiere in jedem Quadratmeter lebten und wie schwer sie waren, sodass sie den gesamten Energiefluss durch das Boden-Nahrungsnetz berechnen konnten. Das Ziel war es zu sehen, ob die Art der Baumpartnerschaft über der Erde den Energiefluss unter der Erde diktierte oder ob die Größe der Tiere selbst der wahre Architekt des Systems war.
Die Ergebnisse zeigten eine überraschende Beständigkeit. Trotz der bekannten Unterschiede in der Bodenchemie und den Zersetzungsraten zwischen den beiden Waldtypen war die Gesamtmenge der Energie, die durch das Nahrungsnetz floss, nahezu identisch. Der Anteil der Energie, die von Pflanzen, Pilzen und Bakterien stammte, blieb über beide Waldtypen hinweg stabil. Die Forscher hatten erwartet, dass ein Waldtyp stärker auf bakterielle Energie angewiesen wäre, während der andere sich eher auf Pilzenergie stützen würde, aber die Daten zeigten keinen solchen Unterschied. Stattdessen hing die Art und Weise, wie die Energie verteilt wurde, fast ausschließlich von der Körpergröße der Tiere ab, die fraßen. Die Waldart änderte nicht die Regeln des Spiels; die Größe des Spielers tat es.
Als die Wissenschaftler die verschiedenen Größengruppen genauer betrachteten, trat ein klares und vorhersehbares Muster hervor, das sie als Größen-Trophie-Spektrum bezeichnen. Die kleinsten Kreaturen, die Nematoden, also mikroskopisch kleine Rundwürmer, bezogen den Großteil ihrer Energie aus Bakterien. Als die Körpergröße zur nächsten Gruppe der Mikroarthropoden wie Springschwänze und Milben anstieg, verschob sich die Hauptenergiequelle zu Pilzen. Die größte Gruppe der Destruenten, die Makroarthropoden wie Tausendfüßler und Asseln, verließ sich primlich auf Pflanzenmaterial, insbesondere auf grobes totes Laub und Wurzeln. Schließlich kehrten die Regenwürmer, die die größten Invertebraten in diesem System sind, zu einer von Pilzen und Bakterien dominierten Ernährung zurück, indem sie den Boden und die darin enthaltene organische Substanz konsumierten. Dieses Muster blieb bestehen, unabhängig davon, ob der Wald von einer der beiden Arten von Baumpartnerschaften dominiert wurde oder nicht.
Prädation, oder der Akt eines Tieres, ein anderes zu fressen, folgte ebenfalls dieser größenbasierten Struktur. Die kleinsten Nematoden betrieben den höchsten Grad an Prädation im Verhältnis zu ihrer gesamten Energieaufnahme, wahrscheinlich weil sie in winzigen, wassergefüllten Räumen leben, in denen sie häufig auf andere kleine Organismen treffen. Je größer die Tiere wurden, desto geringer wurde die relative Bedeutung der Prädation, nur um sich bei den größeren Makroarthropoden wieder zu stabilisieren, wo Spinnen und Centipeden als Jäger eine stetige Präsenz aufrechterhielten. Dies deutet darauf hin, dass die Körpergröße eines Tieres im Boden ein starker Prädiktor dafür ist, was es frisst und wie es in den Energiefluss passt. Die Forscher fanden heraus, dass die Bäume oben zwar die chemische Zusammensetzung des Bodens verändern können, die Boden Tiere diese unterschiedlichen Ressourcen jedoch in einem konsistenten Energiefluss basierend auf ihrer eigenen physischen Größe neu organisieren.
Diese Entdeckung verändert unseren Blick auf die unterirdische Welt. Sie legt nahe, dass die Körpergröße der Boden Tiere ein zuverlässiger Indikator für ihre Rolle im Ökosystem ist und als universelle Karte für den Energiefluss dient. Ob in einem Buchenwald oder einem Eichenwald – die kleinsten Tiere verarbeiten Bakterien, die mittelgroßen verarbeiten Pilze und die großen verarbeiten Pflanzenstreu. Diese Konsistenz impliziert, dass wir, wenn wir die Größenverteilung der Tiere in einer Bodenprobe kennen, vorhersagen können, wie die Energie durch dieses System fließt, selbst ohne jede einzelne Spezies zu kennen. Es bietet einen neuen Weg, die Gesundheit der Wälder zu verstehen, indem es die physische Struktur der Tiergemeinschaft direkt mit den lebenswichtigen Prozessen der Zersetzung und des Nährstoffkreislaufs verknüpft, die den Wald am Leben halten.
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